一种用于锂电池电解液模拟的工作流任务处理系统的制作方法

本发明涉及数据处理，特别涉及一种用于锂电池电解液模拟的工作流任务处理系统。

背景技术：

1、锂电池由四种关键材料组成：正极、负极、电解液和隔膜。其中电解液是锂电池的“血液”，主要作用是在正负极间传输锂离子，是锂电池获得高能量密度以及良好安全性能的重要保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐以及添加剂等原料，在一定条件下按一定的比例配制而成。过去锂电池电解液的开发主要采用物理实验的手段。实验手段存在着诸多弊端，如研发周期长，无法高通量进行，制备、测试及表征成本高等。随着学界和业界对分子模拟的认识深入以及计算基础设施和算法的快速发展，借助理论计算的方式对电解液进行模拟研究逐渐成为加速研发的有效手段。然而，锂电池电解液模拟计算涉及到多个步骤过程，包括结构建模、力场优化、性质计算以及计算结果后处理。过去传统的理论计算在每个环节上都需要使用不同的软件工具进行计算，难以将各个环节的接口联动起来，同时需要研发人员手动进行计算资源的配置，这极大地增加了电解液设计研发人员的研究和使用门槛，间接地延长了研发周期，并且消耗了相当一部分的试错成本。

技术实现思路

1、本发明的目的，就是针对现有技术的缺陷，提供一种用于锂电池电解液模拟的工作流任务处理系统，包括：任务配置模块、工作流接口模块、任务存储模块和任务执行模块。本发明系统将锂电池电解液模拟过程中涉及的所有外部或内部的计算、处理过程都封装成相应的工作流接口，并在执行一个完整的锂电池电解液模拟之前对当次模拟所需调用的工作流接口进行配置，并在配置完成之后根据配置文件自行完成整个模拟过程并将输出文件存到指定位置。通过本发明，可以达到节约人力投入成本、提高模拟效率、降低模拟难度的目的。

2、为实现上述目的，本发明实施例提供了一种用于锂电池电解液模拟的工作流任务处理系统，所述系统包括：任务配置模块、工作流接口模块、任务存储模块和任务执行模块；

3、所述任务配置模块分别与所述工作流接口模块和所述任务存储模块连接；所述任务配置模块用于在所述任务存储模块中为每个新建的锂电池电解液模拟任务创建一个对应的工作流任务文件集合，并在集合中初始化一个内部文件为空的过程文件集合；并将用户输入的锂电池电解液配方文件作为对应的任务配方文件存入所述工作流任务文件集合；并根据所述任务配方文件进行工作流任务配置处理生成对应的任务配置文件存入所述工作流任务文件集合；

4、所述任务存储模块用于存储多个所述工作流任务文件集合；所述工作流任务文件集合包括所述任务配方文件、所述任务配置文件、所述过程文件集合和输出文件集合；所述任务配方文件包括一个或多个配方成分以及一个或多个配方比例；

5、所述任务执行模块分别与所述工作流接口模块和所述任务存储模块连接；所述任务执行模块用于对所述任务存储模块中的各个所述任务配置文件进行工作流任务加载处理生成对应的第一任务；并通过调用所述工作流接口模块对各个所述第一任务进行任务执行处理。

6、优选的，所述工作流接口模块包括接口参数列表、文件格式转换接口库、结构优化处理接口库、三维结构处理接口库、单点能处理接口库、原子电荷处理接口库、拓扑文件处理接口库、分子动力学模拟接口库和分子性质处理接口库；

7、所述文件格式转换接口库包括openbabel处理接口；所述openbabel处理接口用于对接外部的openbabel软件接口对接口输入文件进行指定格式文件转换处理并输出对应的指定格式文件；

8、所述结构优化处理接口库包括基于dft方法的结构优化处理接口、基于mp2方法的结构优化处理接口、基于ccsd(t)方法的结构优化处理接口和基于deepks方法的结构优化处理接口；所述基于dft方法的结构优化处理接口、所述基于mp2方法的结构优化处理接口、所述基于ccsd(t)方法的结构优化处理接口或所述基于deepks方法的结构优化处理接口分别用于对接第一外部软件中对应的基于dft方法、基于mp2方法、基于ccsd(t)方法或基于deepks方法的结构优化处理接口，所述第一外部软件的所述结构优化处理接口用于对接口输入文件进行结构优化处理并输出对应的优化构型文件；所述第一外部软件包括gaussian软件和orca软件；

9、所述三维结构处理接口库包括packmol处理接口；所述packmol处理接口用于对接外部的packmol软件接口，所述packmol软件接口用于对接口输入文件进行三维结构仿真处理并输出对应的三维结构文件；

10、所述单点能处理接口库包括基于dft方法的单点能处理接口、基于mp2方法的单点能处理接口、基于ccsd(t)方法的单点能处理接口和基于deepks方法的单点能处理接口；所述基于dft方法的单点能处理接口、所述基于mp2方法的单点能处理接口、所述基于ccsd(t)方法的单点能处理接口或所述基于deepks方法的单点能处理接口分别用于对接所述第一外部软件中对应的基于dft方法、基于mp2方法、基于ccsd(t)方法或基于deepks方法的单点能处理接口对接口输入文件进行单点能计算并输出对应的波函数文件；

11、所述原子电荷处理接口库包括基于resp方法的原子电荷处理接口、基于chelpg方法的原子电荷处理接口、基于mulliken方法的原子电荷处理接口和基于adch方法的原子电荷处理接口；所述基于resp方法的原子电荷处理接口、所述基于chelpg方法的原子电荷处理接口、所述基于mulliken方法的原子电荷处理接口或所述基于adch方法的原子电荷处理接口分别用于对接第二外部软件中对应的基于resp方法、基于chelpg方法、基于mulliken方法或基于adch方法的原子电荷拟合处理接口；所述第二外部软件的各个所述原子电荷拟合处理接口用于对接口输入文件进行原子电荷拟合并输出对应的原子电荷文件；所述第二外部软件包括multiwfn软件；

12、所述拓扑文件处理接口库包括无电荷拓扑文件处理接口、拓扑文件电荷加载处理接口和标准化拓扑文件处理接口；所述无电荷拓扑文件处理接口用于对接第三外部软件的拓扑接口处理接口，所述第三外部软件的拓扑接口处理接口用于对接口输入文件进行拓扑文件处理并输出对应的无电荷拓扑文件；所述拓扑文件电荷加载处理接口用于根据接口输入的原子电荷文件对接口输入的无电荷拓扑文件的拓扑结构进行原子电荷加载处理并输出对应的含电荷拓扑文件；所述标准化拓扑文件处理接口用于对接口输入的含电荷拓扑文件进行标准化处理并输出对应的标准化拓扑文件；所述第三外部软件包括ambertools软件和acpype软件；

13、所述分子动力学模拟接口库包括gromacs模拟接口、lammps模拟接口和openmm模拟接口；所述gromacs模拟接口用于对接外部的gromacs软件接口，所述外部的gromacs软件接口用于根据接口输入文件进行分子动力学模拟处理并输出对应的轨迹文件和其他可选文件；所述lammps模拟接口用于对接外部的lammps软件接口，所述外部的lammps软件接口用于根据接口输入文件进行分子动力学模拟处理并输出对应的轨迹文件和其他可选文件；所述openmm模拟接口用于对接外部的openmm软件接口，所述外部的lammps软件接口用于根据接口输入文件进行分子动力学模拟处理并输出对应的轨迹文件和其他可选文件；所述其他可选文件包括速度信息、受力信息、能量信息、电荷信息；

14、所述分子性质处理接口库包括一类性质处理接口、基于dft方法的二类性质处理接口、基于mp2方法的二类性质处理接口、基于ccsd(t)方法的二类性质处理接口、基于deepks方法的二类性质处理接口和团簇结构处理接口；所述一类性质处理接口用于对接第四外部软件的一类性质分析接口，所述第四外部软件的一类性质分析接口用于根据接口输入的轨迹文件和其他可选文件进行一类性质分析处理并输出对应的一类性质文件；所述团簇结构处理接口用于对接所述第四外部软件的团簇结构提取接口，所述第四外部软件的团簇结构提取接口用于根据接口输入的轨迹文件进行团簇结构提取处理并输出对应的团簇结构文件；所述基于dft方法的二类性质处理接口、所述基于mp2方法的二类性质处理接口、所述基于ccsd(t)方法的二类性质处理接口或所述基于deepks方法的二类性质处理接口用于对接所述第一外部软件的二类性质分析接口，第一外部软件的二类性质分析接口用于对接口输入的团簇结构文件进行二类性质分析处理并输出对应的二类性质文件；所述第四外部软件包括gromacs软件和mdanalysis软件；所述一类性质包括密度、粘度、介电常数、扩散系数、电导率、电迁移数；所述二类性质包括最高占据分子轨道homo、最低未占分子轨道lumo、氧化还原电位、结合能；

15、所述接口参数列表包括多个第一接口参数记录；所述第一接口参数记录包括第一接口标识字段、第一接口库名称字段和第一接口名称字段；

16、所述第一接口库名称字段包括文件格式转换接口库名称、结构优化处理接口库名称、三维结构处理接口库名称、单点能处理接口库名称、原子电荷处理接口库名称、拓扑文件处理接口库名称、分子动力学模拟接口库名称和分子性质处理接口库名称；

17、所述第一接口名称字段为openbabel接口时，对应的接口为所述openbabel处理接口；所述第一接口名称字段为dft结构优化接口、mp2结构优化接口、ccsd(t)结构优化接口或deepks结构优化接口时，对应的接口为所述基于dft方法的结构优化处理接口、所述基于mp2方法的结构优化处理接口、所述基于ccsd(t)方法的结构优化处理接口或所述基于deepks方法的结构优化处理接口；所述第一接口名称字段为packmol接口时，对应的接口为所述packmol处理接口；所述第一接口名称字段为dft单点能接口、mp2单点能接口、ccsd(t)单点能接口或deepks单点能接口时，对应的接口为所述基于dft方法的单点能处理接口、所述基于mp2方法的单点能处理接口、所述基于ccsd(t)方法的单点能处理接口或所述基于deepks方法的单点能处理接口；所述第一接口名称字段为resp原子电荷接口、chelpg原子电荷接口、mulliken原子电荷接口或adch原子电荷接口时，对应的接口为所述基于resp方法的原子电荷处理接口、所述基于chelpg方法的原子电荷处理接口、所述基于mulliken方法的原子电荷处理接口或所述基于adch方法的原子电荷处理接口；所述第一接口名称字段为无电荷拓扑接口时，对应的接口为所述无电荷拓扑文件处理接口；所述第一接口名称字段为拓扑加载电荷接口时，对应的接口为所述拓扑文件电荷加载处理接口；所述第一接口名称字段为标准化拓扑接口时，对应的接口为所述标准化拓扑文件处理接口；所述第一接口名称字段为gromacs模拟接口、lammps模拟接口或openmm模拟接口名称时，对应的接口为所述gromacs模拟接口、所述lammps模拟接口或所述openmm模拟接口；所述第一接口名称字段为一类性质接口时，对应的接口为所述一类性质处理接口；所述第一接口名称字段为团簇结构接口时，对应的接口为所述团簇结构处理接口；所述第一接口名称字段为二类性质dft接口、二类性质mp2接口、二类性质ccsd(t)接口或二类性质deepks接口时，对应的接口为所述基于dft方法的二类性质处理接口、所述基于mp2方法的二类性质处理接口、所述基于ccsd(t)方法的二类性质处理接口或所述基于deepks方法的二类性质处理接口。

18、优选的，所述任务配置模块具体用于在所述根据所述任务配方文件进行工作流任务配置处理生成对应的任务配置文件存入所述工作流任务文件集合时，对所述任务配方文件的配方成分数量进行统计生成对应的第一数量n；并对所述任务配方文件进行配方成分提取处理得到所述第一数量n的所述配方成分文件存入所述过程文件集合；并对所述任务配方文件进行配方比例提取处理得到所述第二数量m的所述配方比例；并将用户针对各个所述配方比例设置的性质计算范围作为对应的第一性质范围；各个所述第一性质范围由一类性质、团簇结构性质和二类性质这三种性质的全部或部分构成；m、n均为大于0的整数；

19、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中与所述openbabel处理接口对应的所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第一接口标识；

20、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中所述第一接口库名称字段为结构优化处理接口库名称的所有所述第一接口参数记录提取出来组成对应的第一记录列表向用户显示；并将用户从中选出的一条所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第二接口标识；

21、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中与所述packmol处理接口对应的所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第三接口标识；

22、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中所述第一接口库名称字段为单点能处理接口库名称的所有所述第一接口参数记录提取出来组成对应的第二记录列表向用户显示；并将用户从中选出的一条所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第四接口标识；

23、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中所述第一接口库名称字段为原子电荷处理接口库名称的所有所述第一接口参数记录提取出来组成对应的第三记录列表向用户显示；并将用户从中选出的一条所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第五接口标识；

24、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中与所述无电荷拓扑文件处理接口对应的所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第六接口标识；

25、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中与所述拓扑文件电荷加载处理接口对应的所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第七接口标识；

26、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中与所述标准化拓扑文件处理接口对应的所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第八接口标识；

27、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中所述第一接口库名称字段为分子动力学模拟接口库名称的所有所述第一接口参数记录提取出来组成对应的第四记录列表向用户显示；并将用户从中选出的一条所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第九接口标识；

28、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中与所述一类性质处理接口对应的所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第十接口标识；

29、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中与所述团簇结构处理接口对应的所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第十一接口标识；

30、并将所述工作流接口模块的所述接口参数列表中所述第一接口名称字段为二类性质dft接口、二类性质mp2接口、二类性质ccsd(t)接口和二类性质deepks接口的四个所述第一接口参数记录提取出来组成对应的第五记录列表向用户显示，并将用户从中选出的一条所述第一接口参数记录的所述第一接口标识字段提取出来作为对应的第十二接口标识；

31、并将各个所述配方成分文件的文件名称作为对应的第一成分文件名称；并由各个所述第一成分文件名称和所述第一接口标识、所述第二接口标识、所述第三接口标识、所述第四接口标识、所述第五接口标识、所述第六接口标识、所述第七接口标识、所述第八接口标识组成一个对应的第一工作流分段；

32、并由各个所述第一性质范围对应的三类性质接口标识中的全部或部分接口标识与所述第九接口标识组成一个对应的第二工作流分段；所述三类性质接口标识包括所述第十接口标识、所述第十一接口标识、所述第十二接口标识；所述第一性质范围的所述一类性质对应所述第十接口标识、所述团簇结构性质对应所述第十一接口标识、所述二类性质对应所述第十二接口标识；

33、并由得到的所述第一数量n的所述第一工作流分段和所述第二数量m的所述第二工作流分段组成对应的所述任务配置文件存入所述工作流任务文件集合。

34、优选的，所述任务执行模块具体用于在所述通过调用所述工作流接口模块对各个所述第一任务进行任务执行处理时，将所述第一任务对应的所述任务配置文件作为对应的当前任务配置文件；并为所述当前任务配置文件的各个所述第一工作流分段创建一个对应的第一分段执行任务，并同时对各个所述第一分段执行任务进行任务执行处理；并在所有所述第一分段执行任务都执行完成时，为各个所述第二工作流分段创建一个对应的第二分段执行任务，并同时对各个所述第二分段执行任务进行任务执行处理。

35、进一步的，所述任务执行模块具体用于在所述对各个所述第一分段执行任务进行任务执行处理时，将所述任务配置文件中与当前所述第一分段执行任务对应的所述第一工作流分段记为对应的当前分段；并将所述过程文件集合中与所述当前分段的所述第一成分文件名称对应的所述配方成分文件作为对应的当前配方成分文件；

36、并将所述当前配方成分文件输入所述当前分段的所述第一接口标识对应的所述openbabel处理接口进行指定格式文件转换处理输出对应的第一格式文件存入所述过程文件集合；

37、并将所述第一格式文件输入所述当前分段的所述第二接口标识对应的结构优化处理接口进行结构优化处理并输出对应的第一优化构型文件存入所述过程文件集合；

38、并将所述第一优化构型文件输入所述当前分段的所述第三接口标识对应的所述packmol处理接口进行三维结构仿真处理并输出对应的第一三维结构文件存入所述过程文件集合；

39、并将所述第一优化构型文件输入所述当前分段的所述第一接口标识对应的所述openbabel处理接口进行指定格式文件转换处理输出对应的第二格式文件存入所述过程文件集合；

40、并将所述第二格式文件输入所述当前分段的所述第四接口标识对应的单点能处理接口进行单点能计算并输出对应的第一波函数文件存入所述过程文件集合；

41、并将所述第一波函数文件输入所述当前分段的所述第五接口标识对应的原子电荷处理接口进行原子电荷拟合并输出对应的第一原子电荷文件存入所述过程文件集合；

42、并将所述第一三维结构文件输入所述当前分段的所述第六接口标识对应的所述无电荷拓扑文件处理接口进行拓扑文件处理并输出对应的第一无电荷拓扑文件存入所述过程文件集合；

43、并将所述第一无电荷拓扑文件和所述第一原子电荷文件输入所述当前分段的所述第七接口标识对应的所述拓扑文件电荷加载处理接口进行原子电荷加载处理并输出对应的第一含电荷拓扑文件存入所述过程文件集合；

44、并将所述第一含电荷拓扑文件输入所述当前分段的所述第八接口标识对应的所述标准化拓扑文件处理接口进行标准化处理并输出对应的第一标准化拓扑文件存入所述过程文件集合；

45、并将所述第一含电荷拓扑文件输入所述当前分段的所述第八接口标识对应的所述标准化拓扑文件处理接口进行标准化处理并输出对应的第一标准化拓扑文件存入所述过程文件集合。

46、进一步的，所述任务执行模块具体用于在所述对各个所述第二分段执行任务进行任务执行处理时，将所述任务配置文件中与当前所述第二分段执行任务对应的所述第二工作流分段记为对应的当前分段；并在所述输出文件集合中为所述当前分段创建一个对应的分段输出文件集合作为对应的当前分段输出文件集合；并将所述任务配方文件中与所述当前分段对应的所述配方比例作为对应的当前配方比例；并对所述过程文件集合中保存的所述第一数量n的所述第一三维结构文件进行文件合并得到对应的第二三维结构文件存入所述过程文件集合；并对所述过程文件集合中保存的所述第一数量n的所述第一标准化拓扑文件进行文件合并得到对应的第二标准化拓扑文件存入所述过程文件集合；并将所述任务配方文件中除所述当前配方比例之外的其他所述配方比例删除生成对应的第一配方文件存入所述过程文件集合；

47、并将所述第一配方文件、所述第二三维结构文件和所述第二标准化拓扑文件输入所述当前分段的所述第九接口标识对应的模拟接口进行分子动力学模拟处理并输出对应的第一轨迹文件和第一其他可选文件存入所述过程文件集合；所述第一其他可选文件包括速度信息、受力信息、能量信息、电荷信息；

48、并对所述当前分段中是否存在所述第十接口标识进行确认，若存在则将所述第一轨迹文件和所述第一其他可选文件输入所述第十接口标识对应的所述一类性质处理接口进行一类性质分析处理并输出对应的第一一类性质文件，并将所述第一一类性质文件存入所述当前分段输出文件集合；

49、并对所述当前分段中是否存在所述第十一接口标识进行确认，若存在则将所述第一轨迹文件输入所述第十一接口标识对应的所述团簇结构处理接口进行团簇结构提取处理并输出对应的第一团簇结构性质文件存入所述当前分段输出文件集合；

50、并对所述当前分段中是否存在所述第十二接口标识进行确认，若存在则将所述第一轨迹文件输入所述团簇结构处理接口进行团簇结构提取处理并输出对应的所述第一团簇结构性质文件存入所述当前分段输出文件集合，并将所述第一团簇结构性质文件输入所述第十一接口标识对应的二类性质处理接口进行二类性质分析处理并输出对应的第一二类性质文件存入所述当前分段输出文件集合。

51、本发明实施例提供了一种用于锂电池电解液模拟的工作流任务处理方法和系统，包括：任务配置模块、工作流接口模块、任务存储模块和任务执行模块。本发明系统将锂电池电解液模拟过程中涉及的所有外部或内部的计算、处理过程都封装成相应的工作流接口，并在执行一个完整的锂电池电解液模拟之前对当次模拟所需调用的工作流接口进行配置，并在配置完成之后根据配置文件自行完成整个模拟过程并将输出文件存到指定位置。通过本发明，节约了人力投入成本、提高了模拟效率、降低了模拟难度。